JPWO2012120732A1 - Optical pumping magnetometer, magnetoencephalograph and MRI apparatus - Google Patents
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Abstract
光ポンピング磁力計は、光ポンピングを利用して計測対象の磁場を計測する光ポンピング磁力計であって、アルカリ金属が少なくとも封入され、光透過性及び耐熱性を有する非磁性のセルと、レーザ光を前記セルに照射し、少なくとも前記アルカリ金属を光ポンピングするレーザ光照射部と、前記セルを透過した透過レーザ光を受光し、前記磁場に関する検出信号を検出する検出部と、前記セルに設けられた一対の印加部に高周波電圧を印加し、前記セルを誘電加熱によって加熱する高周波電圧印加部と、を備えている。The optical pumping magnetometer is an optical pumping magnetometer that measures a magnetic field to be measured using optical pumping, and includes a non-magnetic cell having at least an alkali metal sealed and having optical transparency and heat resistance, and laser light. A laser beam irradiation unit that optically pumps at least the alkali metal, a detection unit that receives a transmitted laser beam transmitted through the cell and detects a detection signal related to the magnetic field, and the cell. A high frequency voltage application unit that applies a high frequency voltage to the pair of application units and heats the cell by dielectric heating.
Description
本発明は、光ポンピング磁力計、脳磁計及びMRI装置に関する。 The present invention relates to an optical pumping magnetometer, a magnetoencephalograph, and an MRI apparatus.
近年、SQUIDセンサに代わる高感度磁力計として、アルカリ金属を利用した光ポンピング磁力計が開発されている。光ポンピング磁力計は、冷却機能が不要であり、SQUIDセンサに対して大幅なランニングコスト削減が可能となることからも、脳磁計やMRI装置等への適用が期待されている。 In recent years, an optical pumping magnetometer using an alkali metal has been developed as a high-sensitivity magnetometer that replaces the SQUID sensor. The optical pumping magnetometer does not require a cooling function and can greatly reduce the running cost of the SQUID sensor. Therefore, the optical pumping magnetometer is expected to be applied to a magnetoencephalograph, an MRI apparatus, and the like.
このような光ポンピング磁力計においては、アルカリ金属が封入されたセルにレーザ光が照射され、これにより、セル内のアルカリ金属がスピン偏極される。そして、この状態でセルを透過した透過レーザ光を受光することにより、計測対象の磁場に関する検出信号が検出される。ここで、アルカリ金属をスピン偏極する際には、アルカリ金属を気化させるべくセルを所定温度以上に加熱することが要されるため、例えば下記特許文献1に記載されているように、セルにヒータを直接設置し、このヒータを作動させることによってセルを加熱する場合がある。また、ヒータに代えて熱風発生装置を設け、この熱風発生装置から熱風を吹き付けることによってセルを加熱する場合もある。
In such an optical pumping magnetometer, a laser beam is irradiated to a cell in which an alkali metal is enclosed, whereby the alkali metal in the cell is spin-polarized. And the detection signal regarding the magnetic field of measurement object is detected by receiving the transmitted laser beam which permeate | transmitted the cell in this state. Here, when spin-polarizing an alkali metal, it is necessary to heat the cell to a predetermined temperature or higher in order to vaporize the alkali metal. For example, as described in
しかし、上記のようにヒータによってセルを加熱する場合、セルにおいて透過レーザ光が透過する箇所にはヒータを設置困難であることから、セルを均一に加熱できないおそれがあり、その結果、磁場計測の感度が悪化してしまうことがある。一方、上記のように熱風発生装置によってセルを加熱する場合には、熱風発生装置が別途必要であることから、磁力計が大型化ひいては複雑化してしまうおそれがある。さらにこの場合、熱風発生装置からノイズが発生するおそれがあるため、当該ノイズを除去する構成が必要となる。 However, when the cell is heated by the heater as described above, it is difficult to install the heater at a location where the transmitted laser beam is transmitted through the cell, and thus the cell may not be heated uniformly. Sensitivity may deteriorate. On the other hand, when the cell is heated by the hot air generator as described above, the hot air generator is separately required, so that the magnetometer may be increased in size and complicated. Further, in this case, since there is a possibility that noise is generated from the hot air generator, a configuration for removing the noise is required.
そこで、本発明は、セルを簡便に均等加熱することができる光ポンピング磁力計、脳磁計及びMRI装置を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the optical pumping magnetometer, the magnetoencephalograph, and MRI apparatus which can heat a cell simply and uniformly.
上記課題を解決するため、本発明の一側面に係る光ポンピング磁力計は、光ポンピングを利用して計測対象の磁場を計測する光ポンピング磁力計であって、アルカリ金属が少なくとも封入され、光透過性及び耐熱性を有する非磁性のセルと、レーザ光をセルに照射し、少なくともアルカリ金属を光ポンピングするレーザ光照射部と、セルを透過した透過レーザ光を受光し、磁場に関する検出信号を検出する検出部と、セルに設けられた一対の印加部に高周波電圧を印加し、セルを誘電加熱によって加熱する高周波電圧印加部と、を備えている。 In order to solve the above-described problem, an optical pumping magnetometer according to one aspect of the present invention is an optical pumping magnetometer that measures a magnetic field to be measured using optical pumping, and includes at least an alkali metal sealed and transmits light. Non-magnetic cell with heat resistance and heat resistance, a laser beam irradiation unit that irradiates the cell with laser light and optically pumps at least alkali metal, and a transmitted laser beam transmitted through the cell, and detects a detection signal related to the magnetic field And a high-frequency voltage application unit that applies a high-frequency voltage to a pair of application units provided in the cell and heats the cell by dielectric heating.
この光ポンピング磁力計では、高周波電圧印加部によりセルに印加部を介して高周波電圧を印加することで、セルを誘電加熱によって加熱する、すなわち、セルの誘電損失によってセルそのものを発熱させて当該セルを加熱することが可能となる。従って、セルを簡便に均等加熱することが可能となる。 In this optical pumping magnetometer, the cell is heated by dielectric heating by applying a high-frequency voltage to the cell through the application unit by the high-frequency voltage application unit, that is, the cell itself generates heat by the dielectric loss of the cell, and the cell Can be heated. Therefore, the cell can be easily and uniformly heated.
また、一対の印加部は、セルにおける一の外面に対し当該一の外面全域に拡がるよう電気的に接続された第1電極と、セルにおける一の外面に対向する他の外面に対し当該他の外面全域に拡がるよう電気的に接続された第2電極と、を含んでもよい。この場合、セルを一層精度よく均等加熱することができる。 In addition, the pair of application units is electrically connected to one outer surface of the cell so as to extend over the entire region of the one outer surface, and to the other outer surface facing the one outer surface of the cell, And a second electrode electrically connected so as to extend over the entire outer surface. In this case, the cells can be heated evenly with higher accuracy.
また、一対の印加部は、光透過性を有してもよい。これにより、透過レーザ光の光路上に一対の印加部を設けた場合でも、磁場計測の精度悪化を抑制することができる。 Moreover, a pair of application part may have a light transmittance. Thereby, even when a pair of application parts are provided on the optical path of the transmitted laser light, it is possible to suppress deterioration in accuracy of magnetic field measurement.
また、検出部及び高周波電圧印加部の動作を制御する制御部を備え、制御部は、検出部で検出信号を検出するとき、高周波電圧印加部による高周波電圧の印加を停止させてもよい。この場合、高周波電圧印加部の作動で発生してしまう磁場等による悪影響が磁場計測に及ぶのを抑制することが可能となる。 Moreover, the control part which controls operation | movement of a detection part and a high frequency voltage application part is provided, and a control part may stop the application of the high frequency voltage by a high frequency voltage application part, when a detection signal is detected by a detection part. In this case, it is possible to suppress the adverse effect on the magnetic field measurement due to the magnetic field generated by the operation of the high frequency voltage application unit.
また、外部磁場を遮蔽するように計測対象及びセルを覆う外部磁場遮蔽部を備えてもよい。この場合、外部磁場による悪影響が磁場計測に及ぶのを抑制することが可能となる。 Moreover, you may provide the external magnetic field shielding part which covers a measurement object and a cell so that an external magnetic field may be shielded. In this case, it is possible to suppress the adverse effect of the external magnetic field on the magnetic field measurement.
また、上記作用効果を好適に奏する構成として、具体的には、検出部は、レーザ光照射部により照射されセルを透過したレーザ光を透過レーザ光として受光し、セルの透過前後におけるレーザ光の光強度変化に基づいて検出信号を検出する、又は、レーザ光照射部とは別の他のレーザ光照射部により照射されセルを透過した直線偏光レーザ光を透過レーザ光として受光し、セルの透過前後における直線偏光レーザ光の偏光状態変化に基づいて検出信号を検出する構成が挙げられる。 Further, as a configuration that preferably exhibits the above-described effects, specifically, the detection unit receives the laser beam irradiated by the laser beam irradiation unit and transmitted through the cell as a transmitted laser beam, and the laser beam before and after transmission through the cell is received. A detection signal is detected based on the change in light intensity, or linearly polarized laser light that has been irradiated by a laser light irradiation unit other than the laser light irradiation unit and transmitted through the cell is received as transmitted laser light and transmitted through the cell. There is a configuration in which a detection signal is detected based on a change in polarization state of the linearly polarized laser beam before and after.
また、本発明の一側面に係る脳磁計は、上記光ポンピング磁力計を具備している。この本発明の脳磁計においても、セルを簡便に均等加熱するという上記作用効果が奏される。 A magnetoencephalograph according to one aspect of the present invention includes the optical pumping magnetometer. Also in the magnetoencephalograph of the present invention, the above-mentioned effect of simply and uniformly heating the cell is exhibited.
また、本発明の一側面に係るMRI装置は、上記光ポンピング磁力計を具備している。この本発明のMRI装置においても、セルを簡便に均等加熱するという上記作用校効果が奏される。 An MRI apparatus according to one aspect of the present invention includes the optical pumping magnetometer. In the MRI apparatus of the present invention as well, the above-described working school effect of simply and uniformly heating the cell is achieved.
本発明によれば、セルを簡便に均等加熱することが可能となる。 According to the present invention, the cells can be easily and uniformly heated.
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, the same or equivalent elements will be denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
図1は、本発明の一実施形態に係る光ポンピング磁力計を示す概略構成図であり、図2は、図1の光ポンピング磁力計におけるガラスセルを示す概略斜視図である。図1,2に示すように、本実施形態の光ポンピング磁力計1は、光ポンピング(スピン偏極)を利用して微弱な磁場源(計測対象)Pの磁場を計測するものであり、例えば脳磁計やMRI(Magnetic Resonance Imaging)装置に高感度磁力計として用いられている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an optical pumping magnetometer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic perspective view showing a glass cell in the optical pumping magnetometer of FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the
脳磁計は、脳活動に伴って脳から発生される極めて微弱な磁場を脳外から非接触で検出することにより、脳内の活動部位や脳の働き(機能)等を測定する装置である。MRI装置は、核磁気共鳴現象を利用して人体構成物質の大部分を占める水素原子核(プロトン)の空間分布状態を検出することにより、体内の画像を非接触で撮影する装置である。このMRI装置は、核磁気共鳴画像法装置とも称される。 A magnetoencephalograph is a device that measures an active site in the brain, a function (function) of the brain, and the like by detecting a very weak magnetic field generated from the brain accompanying brain activity from the outside of the brain. The MRI apparatus is an apparatus that captures an image of a body in a non-contact manner by detecting a spatial distribution state of hydrogen nuclei (protons) that occupy most of a human body constituent material using a nuclear magnetic resonance phenomenon. This MRI apparatus is also called a nuclear magnetic resonance imaging apparatus.
この光ポンピング磁力計1は、ガラスセル(セル)2、レーザ光光源3、検出器(検出部)4、高周波電源(高周波電圧印加部)5、及びコントローラ6を備えている。
The
ガラスセル2は、内部空間2aを有する中空体であり、例えば厚さ2〜3mm、縦40mm、横40mm、高さ40mmの立方体外形を呈している。このガラスセル2は、耐熱ガラスで形成されており、これにより、ガラスセル2は、光透過性及び耐熱性を有する非磁性のものとされている。ガラスセル2の内部空間2aには、アルカリ金属10及びバッファガス11が少なくとも封入されて外部に対し気密になるよう封止されている。
The
アルカリ金属10としては、カリウム、ルビジウム又はセシウム等が挙げられる。ここでは、好ましいとしてアルカリ金属10にルビジウムが用いられている。このアルカリ金属10は、常温時では固形又は半固形状とされ、所定温度(例えば、約200℃)以上のときに気化する。バッファガス11としては、ヘリウム等の希ガスが用いられている。なお、ガラスセル2の内部空間2aには、窒素等のクエンチガスを封入する場合もある。
Examples of the
このガラスセル2は、断熱材Dで覆われており、その熱が外部へ放熱されないように構成されている。断熱材Dにおいてレーザ光L1(後述)の光路上には、開口部Daが形成されており、この開口部Daにより、断熱材Dでレーザ光L1が遮られないよう構成されている。
The
レーザ光光源3は、ガラスセル2内のアルカリ金属10を光ポンピングする所謂ポンプ光をガラスセル2に向けて照射するものである。このレーザ光光源3は、アルカリ金属10をポンピング可能な波長を有するレーザ光L0を出射する。
The
このレーザ光光源3から出射されたレーザ光L0の光路上には、レーザ光L0の偏光方向を制御してレーザ光Lとするラムダ板7が配置されている。レーザ光Lの光路上には、レーザ光Lをガラスセル2向けてレーザ光L1として反射させると共に、レーザ光L2としてそのまま透過させて進行させるハーフミラー8が配置されている。
On the optical path of the laser light L0 emitted from the
また、レーザ光L1の光路上においてガラスセル2の下流側には、ガラスセル2を透過したレーザ光L1を適宜反射させて検出器4に入射させるミラ−9aが配置されている。一方、レーザ光L2の光路上には、レーザ光L2を適宜反射させて検出器4に入射させるミラー9b,9cが配置されている。
Further, on the downstream side of the
検出器4は、磁場源Pの磁場に関する検出信号を検出するものであり、受光部4a,4bを含んでいる。受光部4aは、ガラスセル2を透過した透過レーザ光としてのレーザ光L1を受光する。受光部4bは、ガラスセル2を透過しない参照レーザ光としてのレーザ光L2を受光する。これら受光部4a,4bとしては、例えばフォトダイオードが用いられている。また検出器4は、コントローラ6に接続されており、当該コントローラ6によりその動作が制御される。
The
このように構成された検出器4は、受光したレーザ光L1,L2の光強度差からガラスセル2の透過前後におけるレーザ光L1の光強度変化を検出し、この光強度変化に基づき磁場源Pの磁場の強度を測定する。そして、検出器4は、測定した磁場の強度を、検出信号としてコントローラ6へ出力する。
The
高周波電源5は、ガラスセル2に設けられた一対の電極(印加部)12に高周波電圧を印加し、ガラスセル2を誘電加熱によって加熱するものである。また高周波電源5は、コントローラ6に接続されており、当該コントローラ6によりその動作が制御される。
The high-
コントローラ6は、光ポンピング磁力計1を制御するものであり、例えばCPU、ROM、及びRAM等から構成されている。このコントローラ6は、制御装置(制御部)6a及び記憶装置6bを含んでいる。制御装置6aは、検出器4から入力された検出信号を記憶装置6bへ格納する。また、制御装置6aは、検出器4及び高周波電源5の動作を制御する。
The
ここで、図2に示すように、本実施形態のガラスセル2において、レーザ光L1の光路と交差せず且つ互いに対合する一対の側面21,22には、上記電極12としての第1電極12a及び第2電極12bがそれぞれ設けられている。つまり、電極12a,12bは、レーザ光L1を遮らないようにガラスセル2の外面に設けられている。
Here, as shown in FIG. 2, in the
第1電極12aは、側面(一の外面)21の全域に広がるように当該側面21に電気的に固定されている。第2電極12bは、側面(他の外面)22の全域に広がるように当該側面22に電気的に固定されている。これら第1及び第2電極12a,12bは、非磁性の金属で形成され、薄板状を呈している。また、第1及び第2電極12a,12bは、白金等からなるリード線5aを介して高周波電源5(図1参照)に電気的に接続されている。
The
また、ガラスセル2において、レーザ光L1の光路と交差せず且つ側面21,22以外の側面23には、製造時に内部空間2aを封止する際に形成される封止跡として、外側に凸状の封止切24が設けられている。つまり、電極12a,12bは、封止切24が存在しない側面21,22に設けられている。
Further, in the
図1に戻り、本実施形態の光ポンピング磁力計1は、計測時に外部磁場を遮蔽するためのものとして、磁気シールド13及びヘルムホルツコイル14を備えている。磁気シールド13は、磁場源P、ガラスセル2及び断熱材Dを覆う板状の部材であり、例えば高い透磁率を有するパーマロイ等で形成されている。この磁気シールド13においてレーザ光L1の光路上には、開口部13aが形成されている。この開口部13aにより、磁気シールド13でレーザ光L1が遮られることが防止されている。
Returning to FIG. 1, the
ヘルムホルツコイル14は、磁場源P、ガラスセル2、断熱材D及び磁気シールド13を覆うように、すなわち、これらがコイル内に配置されるように設けられている。このヘルムホルツコイル14には、例えば直流電源等のヘルムホルツコイル用電源15が接続されている。
The
以上のように構成された光ポンピング磁力計1では、初期状態において、ガラスセル2内のアルカリ金属10が固形又は半固形状で存在している。そして、磁場源Pの磁場を計測する場合、まず、制御装置6aにより高周波電源5を作動させ、第1及び第2電極12a,bに高周波電圧を印加し、ガラスセル2自体が熱源となるようにして当該ガラスセル2を誘電加熱によって所定温度まで加熱(昇温)する。これにより、ガラスセル2内のアルカリ金属10を気化させる。
In the
続いて、制御装置6aにより高周波電源5を制御して第1及び第2電極12a,bに印加する高周波電圧をオンオフ制御等し、例えばガラスセル2が所定温度で一定になるよう温度制御する。この状態で、レーザ光光源3からレーザ光L0を出射する。出射したレーザ光L0は、ラムダ板7によりレーザ光Lとされた後、ハーフミラー8によって、ガラスセル2向けて反射されるレーザ光L1と、そのまま進行するレーザ光L2と、に分岐される。
Subsequently, the
レーザ光L1は、ガラスセル2に入射されて透過される。このとき、ガラスセル2内のアルカリ金属10の電子がレーザ光L1により選択的に励起され、電子スピンの向きが揃えられる(光ポンピング)。これと共に、揃えられた電子スピンの向きが磁場源Pの影響によりずれるため、レーザ光L1は、当該ずれが元に戻ろうとする際に磁場源Pの磁場の大きさに応じて光吸収される。
The laser beam L1 enters the
ガラスセル2を透過したレーザ光L1は、ミラ−9aにより反射されて検出器4の受光部4aに入射される。一方、レーザ光L2は、ミラー9b,9cにより反射されて検出器4の受光部4bに直接入射される。
The laser beam L1 transmitted through the
続いて、制御装置6aにより高周波電源5の作動を停止させ、第1及び第2電極12a,bに高周波電圧を印加しない状態する。この状態で、検出器4により、ガラスセル2を透過したレーザ光L2の光強度を測定すると共に、レーザ光L2の光強度を測定する。
Subsequently, the operation of the high
続いて、検出器4により、レーザ光L1,L2の光強度差を算出し、これにより、ガラスセル2の透過前後におけるレーザ光L1の光強度変化を検出して磁場源Pの磁場の強度を測定する。そして、測定した磁場源Pの磁場の強度を、検出信号として制御装置6aを介して記憶装置6bに伝送し、記憶装置6bに格納する。
Subsequently, the light intensity difference between the laser beams L1 and L2 is calculated by the
なお、本実施形態では、磁場源Pの磁場を計測する前に、予め検出器4をキャリブレーション(計測校正)する場合がある。具体的には、高周波電源5の作動前でアルカリ金属10が気化していない状態において、レーザ光光源3からレーザ光L0を出射して検出器4によりレーザ光L1,L2の光強度差を算出し、このときの光強度差を0に校正する場合がある。
In the present embodiment, before measuring the magnetic field of the magnetic field source P, the
以上、本実施形態の光ポンピング磁力計1では、高周波電源5により電極12a,12bを介してガラスセル2に高周波電圧を印加することで、ガラスセル2を誘電加熱によって加熱することができる。すなわち、ガラスセル2の誘電損失によってガラスセル2そのものを発熱させて、当該ガラスセル2を均一に加熱することができる。従って、ガラスセル2を簡便に均等加熱することが可能となり、磁場源Pの磁場計測の感度を簡便に高めることができる。
As described above, in the
また、光ポンピング磁力計1では、SQUIDセンサで必要とされる冷却機能を不要にでき、ランニングコストを削減することも可能となる。
Further, in the
また、本実施形態では、上述したように、ガラスセル2の対向する側面21,22のそれぞれに対し、第1電極12a及び第2電極12bが全域に拡がるよう電気的に接続されている。これにより、ガラスセル2の誘電損失をガラスセル2全体にて均一に生じさせることで、ガラスセル2を一層精度よく均等加熱することが可能となる。
In the present embodiment, as described above, the
また、本実施形態では、制御装置6aにより、検出信号を検出器4で検出するとき及び記憶装置6bに記憶するとき、高周波電源5による高周波電圧の印加を停止させている。これにより、高周波電源5の作動で発生してしまう磁場(例えば、リード線5aから発生する磁場)等による悪影響が、磁場源Pの磁場計測に及ぶのを抑制することが可能となる。
In the present embodiment, when the detection signal is detected by the
また、本実施形態では、上述したように、磁場源P及びガラスセル2が磁気シールド13及びへルムホルツコイル14で覆われており、外部からの磁気的ノイズが遮断(キャンセル)されている。よって、外部磁場による悪影響が磁場源Pの磁場計測に及ぶのを抑制することが可能となる。
Moreover, in this embodiment, as above-mentioned, the magnetic field source P and the
また、本実施形態では、上述したように、レーザ光L0の偏光方向を制御して成るレーザ光Lを、光強度変化するレーザ光L1と、参照レーザ光としてのレーザ光L2とにハーフミラー8で分光して検出部4で検出している。そして、検出器4では、レーザ光L1,L2の光強度差から、ガラスセル2の透過前後におけるレーザ光L1の光強度変化を検出している。よって、出射されるレーザ光L0の光強度が安定せずに微変動する場合でも、当該微変動に追従するようにしてレーザ光L1の光強度変化を検出することができ、磁場測定を精度よく行うことができる。
Further, in the present embodiment, as described above, the laser beam L formed by controlling the polarization direction of the laser beam L0 is changed into the laser beam L1 whose light intensity changes and the laser beam L2 as the reference laser beam. And is detected by the
また、本実施形態では、ガラスセル2の周囲に断熱材Dが設置されているため、外部に対しガラスセル2の熱を逃げないよう遮断することが可能となる。
Moreover, in this embodiment, since the heat insulating material D is installed in the circumference | surroundings of the
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments. The present invention is modified without departing from the gist described in each claim or applied to other embodiments. It may be a thing.
例えば、上記実施形態の光ポンピング磁力計1は、ガラスセル2の外面にグラファイト等の導電物質を直接塗布し、この導電物質を印加部として高周波電源5から高周波電圧を印加してもよい。また、この印加部は、光透過性を有していてもよく、例えば図3に示すように、電極12a,12b(図2参照)に代えて、光透過性を有するITO等の透明導電膜12a’,12b’を備えていてもよい。
For example, the
また、上記実施形態では、ガラスセル2を透過したレーザ光L1を透過レーザ光として受光し、ガラスセル2の透過前後におけるレーザ光Lの光強度変化に基づき磁場源Pの磁場の強度を測定したが、本発明にあっては、このような光の吸収による磁場源Pの磁場測定に限定されるものではなく、例えばファラデー回転を利用した磁場源Pの磁場測定を採用することもできる。
Moreover, in the said embodiment, the laser beam L1 which permeate | transmitted the
具体的には、例えば図3に示すように、レーザ光光源3とは別の他のレーザ光光源(不図示)により、ガラスセル2内でレーザ光L1と交差するように、所謂プローブ光である直線偏光レーザ光L’をガラスセル2に向けて別途に照射する。これと共に、ガラスセル2を透過した直線偏光レーザ光Lを透過レーザ光として受光する。そして、ガラスセル2の透過前後における直線偏光レーザ光L’の偏光状態変化(偏光方向の変化)に基づいて、磁場源Pの磁場の強度としての検出信号を検出してもよい。これは、レーザ光L1で光ポンピングされたアルカリ金属10中に直線偏光レーザ光L’を入射すると、透過した直線偏光レーザ光L’においては、ファラデー回転による磁気光学効果のために偏光方向が磁場の大きさに応じた角度だけ回転することによるものである。
Specifically, for example, as shown in FIG. 3, a so-called probe light is used so as to intersect the laser light L1 in the
なお、このように直線偏光レーザ光L’をガラスセル2に照射する場合、直線偏光レーザ光L’の光路は封止切24を通らないよう構成することが好ましい。これにより、封止切24の存在で直線偏光レーザ光L’の偏光状態に悪影響が及ぶのを抑制できる。さらに、この場合、印加部が光透過性を有することが好ましく、例えば図示するように、光透過性を有するITO等の透明導電膜12a’,12b’を印加部とすることが好ましい。これにより、直線偏光レーザ光L’の光路上に印加部が設けられる場合でも、当該印加部による磁場計測の精度悪化を抑制することができる。
In addition, when irradiating the linearly polarized laser beam L ′ to the
また、上記実施形態では、電極12a,12bを側面21,22にそれぞれ固定したが、電極12a,12bを側面21,22に単に載せる等の場合もあり、要は、電極12a,12bを側面21,22に電気的接続できればよい。また、上記実施形態では、磁場源Pが複数存在する場合、これら複数の磁場源Pに近接するようにガラスセル2に複数のレーザ光L1を照射してもよい。
In the above embodiment, the
また、レーザ光L,L1,L2の光路に係る構成は、上記に限定されず、例えば光ポンピング磁力計1の他の部位との配置関係に応じて、適宜構成することができる。また、上記ガラスセル2は、立方体外形を呈しているが、これに限定されず、多面体外径、球体外形を呈していてもよい。
Moreover, the structure which concerns on the optical path of laser beam L, L1, L2 is not limited above, For example, according to arrangement | positioning relationship with the other site | part of the
また、上記実施形態では、互いに対向する側面21,22全域に電極12a,12bを印加部として設けているが、側面21,22の一部に設けてもよい。セルを好適に均等加熱する際には、セルが有する複数の外面のうち互いに最も離れた一対の外面に印加部が設けられていればよく、要は、セルの外面において対向するように設けられていればよい。上記において、レーザ光光源3及びラムダ板7がレーザ光照射部を構成し、磁気シールド13及びへルムホルツコイル14が外部磁場遮蔽部を構成する。なお、例えば上記作用効果を奏するため、上記レーザ光Lは円偏光又は直線偏光のレーザ光であることが好ましい。
Moreover, in the said embodiment, although
本発明によれば、セルを簡便に均等加熱することが可能となる。 According to the present invention, the cells can be easily and uniformly heated.
1…光ポンピング磁力計、2…ガラスセル(セル)、3…レーザ光光源(レーザ光照射部)、4…検出器(検出部)、5…高周波電源(高周波電圧印加部)、6a…制御装置(制御部)、7…ラムダ板(レーザ光照射部)、10…アルカリ金属、12a…第1電極(印加部)、12b…第2電極(印加部)、12a’,12b’…透明導電膜(印加部)、13…磁気シールド(外部磁場遮蔽部)、14…へルムホルツコイル(外部磁場遮蔽部)、21…側面(一の外面)、22…側面(他の外面)、L,L2…レーザ光、L1…レーザ光(透過レーザ光)、L’…直線偏光レーザ光(透過レーザ光)、P…磁場源(計測対象)。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
アルカリ金属が少なくとも封入され、光透過性及び耐熱性を有する非磁性のセルと、
レーザ光を前記セルに照射し、少なくとも前記アルカリ金属を光ポンピングするレーザ光照射部と、
前記セルを透過した透過レーザ光を受光し、前記磁場に関する検出信号を検出する検出部と、
前記セルに設けられた一対の印加部に高周波電圧を印加し、前記セルを誘電加熱によって加熱する高周波電圧印加部と、を備えた光ポンピング磁力計。An optical pumping magnetometer that measures the magnetic field to be measured using optical pumping,
A non-magnetic cell having at least an alkali metal encapsulated and having light transmittance and heat resistance;
A laser beam irradiation unit configured to irradiate the cell with a laser beam and optically pump at least the alkali metal;
A detector that receives the transmitted laser light transmitted through the cell and detects a detection signal related to the magnetic field;
An optical pumping magnetometer, comprising: a high-frequency voltage application unit that applies a high-frequency voltage to a pair of application units provided in the cell and heats the cell by dielectric heating.
前記セルにおける一の外面に対し当該一の外面全域に拡がるよう電気的に接続された第1電極と、
前記セルにおける前記一の外面に対向する他の外面に対し当該他の外面全域に拡がるよう電気的に接続された第2電極と、を含む請求項1記載の光ポンピング磁力計。The pair of application units includes
A first electrode electrically connected to one outer surface of the cell so as to extend across the entire outer surface;
2. The optical pumping magnetometer according to claim 1, further comprising: a second electrode electrically connected to another outer surface facing the one outer surface of the cell so as to extend across the other outer surface.
前記制御部は、前記検出部で前記検出信号を検出するとき、前記高周波電圧印加部による前記高周波電圧の印加を停止させる請求項1〜3の何れか一項記載の光ポンピング磁力計。A control unit for controlling operations of the detection unit and the high-frequency voltage application unit;
The optical pumping magnetometer according to any one of claims 1 to 3, wherein when the detection unit detects the detection signal, the control unit stops the application of the high-frequency voltage by the high-frequency voltage application unit.
前記レーザ光照射部により照射され前記セルを透過した前記レーザ光を前記透過レーザ光として受光し、前記セルの透過前後における前記レーザ光の光強度変化に基づいて前記検出信号を検出する、又は、
前記レーザ光照射部とは別の他のレーザ光照射部により照射され前記セルを透過した直線偏光レーザ光を前記透過レーザ光として受光し、前記セルの透過前後における前記直線偏光レーザ光の偏光状態変化に基づいて前記検出信号を検出する請求項1〜5の何れか一項記載の光ポンピング磁力計。The detector is
Receiving the laser beam irradiated by the laser beam irradiation unit and transmitted through the cell as the transmitted laser beam, and detecting the detection signal based on a change in light intensity of the laser beam before and after transmission through the cell; or
A linearly polarized laser beam irradiated by another laser beam irradiation unit different from the laser beam irradiation unit and transmitted through the cell is received as the transmitted laser beam, and a polarization state of the linearly polarized laser beam before and after transmission through the cell The optical pumping magnetometer according to claim 1, wherein the detection signal is detected based on a change.
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